一、引言

碳纤维增强聚合物复合材料（CFRP）以其比强度高、比模量大、耐疲劳、耐腐蚀等优异性能，已成为航空航天主承力结构、汽车轻量化部件和无人机机体的核心材料。CFRP成型工艺涵盖预浸料热压罐固化、树脂传递模塑（RTM/HP-RTM）、真空灌注（VARI）和手糊成型等多种路线，色浆作为着色和功能改性组分，在预浸料制备、树脂灌注和胶衣层中均发挥关键作用。东莞市蒂森新材料有限公司（DENSON）的SEP系列环氧色浆和RFNC系列无树脂色浆，针对CFRP体系的高洁净度要求和严苛力学性能标准，优化了颜料粒径分布和载体相容性，在航空航天级环氧预浸料、汽车HP-RTM环氧体系和无人机手糊成型中均有成熟应用。

本文以航空航天CFRP结构件、汽车碳纤维轻量化部件和无人机复合材料三个典型应用案例为核心，系统阐述色浆在碳纤维复合材料中的选型逻辑、工艺适配要点和性能验证数据。

图1 碳纤维预浸料手工铺层工艺，工人在金属模具中精确对齐碳纤维织物层

二、技术特点与作用机理

CFRP用色浆是指以高纯度有机或无机颜料为分散相、以与CFRP基体树脂（通常为环氧树脂）相容的低粘度载体为连续相、经三级砂磨工艺制备的超细颜料分散体。与普通涂料用色浆相比，CFRP用色浆具有三个核心特点：一是颜料粒径更细（D90≤5 μm，黑色可达D90≤1 μm），避免粗大颗粒在碳纤维束间沉积造成富树脂区和应力集中；二是离子杂质含量极低（Cl⁻≤10 ppm，电导率≤30 μS/cm），满足航空航天级复合材料的低离子要求；三是载体树脂与预浸料环氧基体同源，不干扰固化反应和玻璃化转变温度。

色浆在CFRP中的作用机理包括：①在预浸料制备阶段均匀分散于环氧树脂膜中，经热压罐固化后形成均匀着色的复合材料层压板；②在RTM工艺中与树脂混合后注入闭合模具，在碳纤维预成型体中流动浸润，着色均匀性取决于色浆与树脂的混合粘度和流动前沿稳定性；③在胶衣层中提供耐候保护层和外观标识，同时通过颜料的紫外吸收效应延缓基体树脂的光老化降解。

三、应用案例一：航空航天CFRP主承力结构件

案例背景：某航空复合材料制造商生产民用飞机副翼和方向舵等次承力结构件，采用碳纤维/环氧预浸料（T800级碳纤维，环氧树脂基体，树脂含量35±3 wt%），热压罐固化工艺（固化温度180℃，固化压力0.6 MPa，真空度≤-0.095 MPa）。结构件要求着色均匀、无明显色差，同时满足HB 7713航空复合材料力学性能标准。

色浆选型与添加工艺：采用蒂森SEP系列环氧色浆（灰色和黑色），在预浸料制备阶段将色浆按树脂质量的1.0-2.0 wt%加入环氧树脂胶膜配方中，经三辊研磨和涂膜机涂布于离型纸上，再与碳纤维单向带复合制成预浸料。色浆颜料粒径D90≤3 μm，Cl⁻含量≤8 ppm，确保预浸料储存期（-18℃下6个月）内无颜料沉降和粘度漂移。

性能验证结果：

结果表明，SEP环氧色浆在1.5%添加量下对CFRP层压板的拉伸强度、模量和层间剪切强度影响均≤2.5%，Tg下降仅3℃，孔隙率控制在航空级标准（≤1.5%）以内。批次间色差ΔE≤1.5，满足飞机结构件外观一致性要求。

图2 复杂曲面碳纤维构件手工铺层，工人精确对齐碳纤维织物层以保证力学性能

四、应用案例二：汽车碳纤维轻量化部件（HP-RTM工艺）

案例背景：某高端汽车零部件制造商生产碳纤维车顶和车身覆盖件，采用高压树脂传递模塑（HP-RTM）工艺，碳纤维预成型体为多轴向经编织物（面密度600 g/m²），树脂体系为快速固化环氧树脂（凝胶时间90 s@120℃，脱模时间5 min）。生产节拍要求≤10 min/件，着色均匀性和表面质量要求达到汽车A级曲面标准。

色浆选型与添加工艺：采用蒂森RFNC系列无树脂色浆（黑色和碳纤维纹理灰色），在HP-RTM树脂混合头前通过在线计量泵注入树脂管路，添加量0.8-1.5 wt%。RFNC无树脂色浆的载体为活性稀释剂和超分散剂，不含树脂载体，与HP-RTM快速固化环氧体系混合后粘度增幅≤15%，不影响树脂在碳纤维预成型体中的浸润和流动前沿速度。混合压力120 bar，注射温度80℃，模具温度120℃。

性能验证结果：

RFNC无树脂色浆在HP-RTM快速固化体系中表现出优异的工艺适配性，混合粘度增幅控制在15%以内，凝胶时间变化≤2.5%，确保10 min生产节拍不受影响。制品表面粗糙度Ra≤0.16 μm，达到汽车A级曲面要求，目视无流痕和色差。

图3 碳纤维汽车轻量化部件成品，表面呈现均匀的碳纤维纹理和高光泽外观

五、应用案例三：无人机复合材料机体（手糊/真空灌注工艺）

案例背景：某工业无人机制造商生产大型物流无人机机身和机翼蒙皮，采用碳纤维/环氧手糊和真空辅助树脂灌注（VARI）复合工艺，机身蒙皮为蜂窝夹层结构（碳纤维面板+Nomex蜂窝芯），机翼为碳纤维主梁+泡沫芯结构。树脂体系为常温固化环氧（固化剂为聚醚胺，凝胶时间45 min@25℃），要求着色均匀、重量轻、耐候性好。

色浆选型与添加工艺：采用蒂森SEP系列环氧色浆（白色、灰色和标识色），在树脂配制阶段按树脂质量的1.5-3.0 wt%加入，经机械搅拌5 min后真空脱泡5 min，再通过刷涂（手糊）或灌注（VARI）方式成型。机身外表面胶衣层色浆添加量3%，内部结构层添加量1.5%，在保证外观着色的同时控制重量增加。

性能验证结果：

SEP色浆在无人机常温固化环氧体系中分散稳定，手糊和灌注工艺均无颜料沉降和流痕。胶衣层重量增加仅1.8%，对无人机飞行性能影响可忽略。QUV 500 h后色差ΔE≤2.0，240 h盐雾无起泡脱落，满足户外长期使用要求。

图4 环氧树脂手工浸润碳纤维布，刮板确保树脂均匀渗透纤维束间

六、关键选型参数与使用建议

使用建议：（1）航空航天级应用必须选用低离子色浆（Cl⁻≤10 ppm），使用前检测离子色谱（IC）和电导率；（2）HP-RTM快速固化体系优先选用无树脂色浆（RFNC系列），避免载体树脂延长凝胶时间影响生产节拍；（3）色浆添加前应与基体树脂做相容性小试，观察混合后是否浑浊或絮凝；（4）预浸料用色浆需评估-18℃储存6个月后的细度和沉降率（GB/T 6753.3，沉降率≤3%）；（5）更多产品信息可访问东莞市蒂森新材料有限公司官网及应用文献栏目。

七、结论

CFRP用色浆的选型必须与成型工艺（预浸料热压罐/HP-RTM/手糊VARI）和性能等级（航空航天/汽车/通用）精准匹配，核心控制指标为颜料粒径、离子杂质含量、载体相容性和对固化动力学的干扰程度。蒂森SEP环氧色浆和RFNC无树脂色浆在航空航天CFRP结构件、汽车HP-RTM部件和无人机复合材料中均验证了工程适用性，添加量0.8-3%范围内对复合材料力学性能影响≤3%，着色均匀性ΔE≤2.5，满足各领域的质量标准要求。

八、常见问题（FAQ）

Q1：CFRP制品固化后表面出现颜料聚集或色点是什么原因？

主要原因包括：色浆颜料粒径过大（D90>10 μm）导致粗大颗粒在碳纤维束间沉积；色浆与基体树脂相容性差导致颜料絮凝；预浸料储存温度过高或时间过长导致颜料沉降。建议选用D90≤5 μm的超细色浆，使用前做相容性小试，预浸料严格在-18℃下储存并在有效期内使用。

Q2：为什么航空航天CFRP必须使用低离子色浆？

航空航天复合材料结构件在高空潮湿环境和雷电冲击条件下工作，色浆中残留的Cl⁻、Na⁺等离子杂质会在湿热条件下迁移至纤维-树脂界面，造成界面脱粘和力学性能下降，同时增加复合材料的电导率，影响雷电防护设计。航空级标准要求Cl⁻≤10 ppm，总离子含量≤50 ppm。

Q3：HP-RTM工艺为什么推荐无树脂色浆？

HP-RTM工艺的核心优势是快速固化（脱模时间3-8 min）和高生产节拍。普通含树脂色浆的载体树脂会增加混合体系粘度、延长凝胶时间，甚至与快速固化体系的固化剂发生副反应。无树脂色浆（RFNC系列）以活性稀释剂为载体，与HP-RTM树脂混合后粘度增幅≤15%，凝胶时间变化≤5%，不影响生产节拍。

Q4：色浆会影响CFRP的孔隙率吗？

可能产生影响。色浆中的分散剂如果与基体树脂固化体系不相容，可能在固化过程中产生微小气泡或挥发分，增加孔隙率。此外，色浆载体树脂的挥发分含量过高也会导致孔隙。选型时应检测色浆的挥发分含量（≤1%）和固化后孔隙率（ASTM D3171灼烧法），航空级要求孔隙率≤1.5%。

Q5：如何评估色浆在CFRP中的长期耐候性？

标准方法包括QUV紫外加速老化（GB/T 1865）和氙灯老化（GB/T 16422.2），测试后检测色差ΔE（GB/T 1766）、光泽保持率和层间剪切强度保留率。户外用CFRP要求QUV 1000 h后ΔE≤3.0，ILSS保留率≥85%。航空航天级还需进行湿热老化（70℃/85%RH，1000 h）和热循环（-55↔125℃，500次）测试。